節能的技術途徑有哪些主要內容?

節能的技術途徑有哪些主要內容
建筑能耗即建筑使用能耗，包括采暖、空調、熱水供應、炊事、家用電器等方面的能耗。其中，以建筑采暖和空調能耗為主，占建筑總能耗的50%~70%。隨著我國經濟的迅速發展和人民生活水平的不斷提高，我國建筑能耗日益增長。1999年我國建筑能耗占社會總能耗的比例已達到20%～25%。而在西方國家，建筑能耗一般占全國總能耗的30%～40%。所以，隨著人民生活水平的不斷提高、城鎮化進程的加快以及住房體制改革的深化，我國的建筑能耗必將進一步增加。建筑能耗在我國增長空間很大，是我國今后能源消耗的一個主要增長點。1999年，美國的能源消費總量約占全世界能源消費總量的26%，其中的建筑能耗已經接近于我國的能源消費總量。因為我國的人口是美國人口的4.5倍左右，設想如果我國的人均建筑能耗水平達到目前美國的人均水平，那么我國的建筑能耗將占當前全世界總能耗的40%。這種情況是難以想象的。隨著我國經濟的不斷增長，人們對建筑室內環境舒適程度要求的不斷提高，我國建筑節能究竟如何辦呢?但建筑節能不能以犧牲人的舒適和健康為代價，否則節能便失去了意義。所謂的建筑節能是指在建筑中提高能源利用效率，用有限的資源和最小的能源消費代價取得最大的經濟和社會效應。因此，建筑節能是貫徹可持續發展戰略、實現國家節能規劃目標、減排溫室氣體的重要措施，符合全球發展趨勢。其解決途徑只有兩種：一方面通過開發利用可再生能源及節能建材等途徑降低建筑能耗的需求;另一方面要提高能耗系統的效率，從而降低終端能源使用量。

l實現建筑節能的技術途徑及動態

經粗略估算，采取周密、有效的建筑技術措施可以降低2/3～3/4的建筑能耗。因此，在建筑規劃設計、建造和使用過程中，在滿足室內環境舒適、衛生、健康的條件下，采取合理有效的建筑節能技術，有利于實現建筑節能和環保共進的目標。日本最近提出“建筑的節能與環境共存設計”的概念便是這一思想的體現。一般來說，實現建筑節能的技術途徑為：盡量減少建筑內能源總需求量的同時，大力開發利用可再生的新能源，從而減少使用在建筑領域內易引起環境污染的能源。

1.1減少建筑內的能源總需求量

據統計，在發達國家，空調采暖能耗占建筑能耗的65%。目前，我國的采暖空調和照明用能量近期增長速度己明顯高于能量生產的增長速度，因此，減少建筑的冷、熱及照明能耗是降低建筑能耗總量的重要內容，一般可從以下幾方面實現。

1.1.1建筑規劃與設計

面對全球能源環境問題，不少全新的設計理念應運而生，如低能耗建筑、零能建筑和綠色建筑等，它們本質上都要求建筑師從整體綜合設計概念出發，堅持與能源分析專家、環境專家、設備師和結構師緊密配合。在建筑規劃和設計時，根據大范圍的氣候條件影響，針對建筑自身所處的具體環境氣候特征，重視利用自然環境(如外界氣流、雨水、湖泊和綠化、地形等)創造良好的建筑室內微氣候，以盡量減少對建筑設備的依賴。具體措施可歸納為以下三個方面：合理選擇建筑的地址、采取合理的外部環境設計(主要方法為：在建筑周圍布置樹木、植被、水面、假山、圍墻);合理設計建筑形體(包括建筑整體體量和建筑朝向的確定)，以改善既有的微氣候;合理的建筑形體設計是充分利用建筑室外微環境來改善建筑室內微環境的關鍵部分，主要通過建筑各部件的結構構造設計和建筑內部空間的合理分隔設計得以實現。同時，可借助相關軟件進行優化設計，如運用天正建筑(Ⅱ)中建筑陰影模擬，輔助設計建筑朝向和居住小區的道路、綠化、室外消閑空間及利用CFD軟件，如：PHOENICS，Fluent等，分析室內外空氣流動是否通暢。

1.1.2圍護結構

建筑圍護結構組成部件(屋頂、墻、地基、隔熱材料、密封材料、門和窗、遮陽設施)的設計對建筑能耗、環境性能、室內空氣質量與用戶所處的視覺和熱舒適環境有根本的影響。一般增大圍護結構的費用僅為總投資的3%～6%，而節能卻可達20%～40%。通過改善建筑物圍護結構的熱工性能，在夏季可減少室外熱量傳入室內，在冬季可減少室內熱量的流失，使建筑熱環境得以改善，從而減少建筑冷、熱消耗。首先，提高圍護結構各組成部件的熱工性能，一般通過改變其組成材料的熱工性能實行，如歐盟新研制的熱二極管墻體(低費用的薄片熱二極管只允許單方向的傳熱，可以產生隔熱效果)和熱工性能隨季節動態變化的玻璃。然后，根據當地的氣候、建筑的地理位置和朝向，以建筑能耗軟件DOE-2.0的計算結果為指導，選擇圍護結構組合優化設計方法。最后，評估圍護結構各部件與組合的技術經濟可行性，以確定技術可行、經濟合理的圍護結構。

1.1.3提高終端用戶用能效率

高能效的采暖、空調系統與上述削減室內冷熱負荷的措施并行，才能真正地減少采暖、空調能耗。首先，根據建筑的特點和功能，設計高能效的暖通空調設備系統，例如：熱泵系統、蓄能系統和區域供熱、供冷系統等。然后，在使用中采用能源管理和監控系統監督和調控室內的舒適度、室內空氣品質和能耗情況。如歐洲國家通過傳感器測量周邊環境的溫、濕度和日照強度，然后基于建筑動態模型預測采暖和空調負荷，控制暖通空調系統的運行。在其他的家電產品和辦公設備方面，應盡量使用節能認證的產品。如美國一般鼓勵采用“能源之星”的產品，而澳大利亞對耗能大的家電產品實施最低能效標準(MEPS)。

1.1.4提高總的能源利用效率

從一次能源轉換到建筑設備系統使用的終端能源的過程中，能源損失很大。因此，應從全過程(包括開采、處理、輸送、儲存、分配和終端利用)進行評價，才能全面反映能源利用效率和能源對環境的影響。建筑中的能耗設備，如空調、熱水器、洗衣機等應選用能源效率高的能源供應。例如，作為燃料，天然氣比電能的總能源效率更高。采用第二代能源系統，可充分利用不同品位熱能，最大限度地提高能源利用效率，如熱電聯產(CHP)、冷熱電聯產(CCHP)。

1.2利用新能源

在節約能源、保護環境方面，新能源的利用起至關重要的作用。新能源通常指非常規的可再生能源，包括有太陽能、地熱能、風能、生物質能等。人們對各種太陽能利用方式進行了廣泛的探索，逐步明確了發展方向，使太陽能初步得到一些利用，如：①作為太陽能利用中的重要項目，太陽能熱發電技術較為成熟，美國、以色列、澳大利亞等國投資興建了一批試驗性太陽能熱發電站，以后可望實現太陽能熱發電商業化;②隨著太陽能光伏發電的發展，國外己建成不少光伏電站和“太陽屋頂”示范工程，將促進并網發電系統快速發展;③目前，全世界已有數萬臺光伏水泵在各地運行;④太陽熱水器技術比較成熟，已具備相應的技術標準和規范，但仍需進一步地完善太陽熱水器的功能，并加強太陽能建筑一體化建設;⑤被動式太陽能建筑因構造簡單、造價低，已經得到較廣泛應用，其設計技術已相對較為成熟，已有可供參考的設計手冊;⑥太陽能吸收式制冷技術出現較早，目前已應用在大型空調領域;太陽能吸附式制冷目前處于樣機研制和實驗研究階段;⑦太陽能干燥和太陽灶已得到一定的推廣應用。但從總體而言，目前太陽能利用的規模還不大，技術尚不完善，商品化程度也較低，仍需要繼續深入廣泛地研究。在利用地熱能時，一方面可利用高溫地熱能發電或直接用于采暖供熱和熱水供應;另一方面可借助地源熱泵和地道風系統利用低溫地熱能。風能發電較適用于多風海岸線山區和易引起強風的高層建筑，在英國和香港已有成功的工程實例，但在建筑領域，較為常見的風能利用形式是自然通風方式。

2建筑節能新技術

理想的節能建筑應在最少的能量消耗下滿足以下三點，一是能夠在不同季節、不同區域控制接收或阻止太陽輻射;二是能夠在不同季節保持室內的舒適性;三是能夠使室內實現必要的通風換氣。目前，建筑節能的途徑主要包括：盡量減少不可再生能源的消耗，提高能源的使用效率;減少建筑圍護結構的能量損失;降低建筑設施運行的能耗。在這三個方面，高新技術起著決定性的作用。當然建筑節能也采用一些傳統技術，但這些傳統技術是在先進的試驗論證和科學的理論分析的基礎上才能用于現代化的建筑中。

2.1減少能源消耗，提高能源的使用效率

為了維持居住空間的環境質量，在寒冷的季節需要取暖以提高室內的溫度，在炎熱的季節需要制冷以降低室內的溫度，干燥時需要加濕，潮濕時需要抽濕，而這些往往都需要消耗能源才能實現。從節能的角度講，應提高供暖(制冷)系統的效率，它包括設備本身的效率、管網傳送的效率、用戶端的計量以及室內環境的控制裝置的效率等。這些都要求相應的行業在設計、安裝、運行質量、節能系統調節、設備材料以及經營管理模式等方面采用高新技術。如目前在供暖系統節能方面就有三種新技術：①利用計算機、平衡閥及其專用智能儀表對管網流量進行合理分配，既改善了供暖質量，又節約了能源;②在用戶散熱器上安設熱量分配表和溫度調節閥，用戶可根據需要消耗和控制熱能，以達到舒適和節能的雙重效果;③采用新型的保溫材料包敷送暖管道，以減少管道的熱損失。近年來低溫地板輻射技術己被證明節能效果比較好，它是采用交聯聚乙烯(PEX)管作為通水管，用特殊方式雙向循環盤于地面層內，冬天向管內供低溫熱水(地熱、太陽能或各種低溫余熱提供);夏天輸入冷水可降低地表溫度(目前國內只用于供暖);該技術與對流散熱為主的散熱器相比，具有室內溫度分布均勻，舒適、節能、易計量、維護方便等優點。

2.2減少建筑圍護結構的能量損失

建筑物圍護結構的能量損失主要來自三部分：①外墻;②門窗;③屋頂。這三部分的節能技術是各國建筑界都非常關注的。主要發展方向是，開發高效、經濟的保溫、隔熱材料和切實可行的構造技術，以提高圍護結構的保溫、隔熱性能和密閉性能。

2.2.1外墻節能技術

就墻體節能而言，傳統的用重質單一材料增加墻體厚度來達到保溫的作法已不能適應節能和環保的要求，而復合墻體越來越成為墻體的主流。復合墻體一般用塊體材料或鋼筋混凝土作為承重結構，與保溫隔熱材料復合，或在框架結構中用薄壁材料加以保溫、隔熱材料作為墻體。目前建筑用保溫、隔熱材料主要有巖棉、礦渣棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、加氣混凝土及膠粉聚苯顆粒漿料等。這些材料的生產、制作都需要采用特殊的工藝、特殊的設備，而不是傳統技術所能及的。值得一提的是膠粉聚苯顆粒漿料，它是將膠粉料和聚苯顆粒輕骨料加水攪拌成漿料，抹于墻體外表面，形成無空腔保溫層。聚苯顆粒骨料是采用回收的廢聚苯板經粉碎制成，而膠粉料摻有大量的粉煤灰，這是一種廢物利用、節能環保的材料。墻體的復合技術有內附保溫層、外附保溫層和夾心保溫層三種。我國采用夾心保溫作法的較多;在歐洲各國，大多采用外附發泡聚苯板的作法，在德國，外保溫建筑占建筑總量的80%，而其中70%均采用泡沫聚苯板。

2.2.2門窗節能技術

門窗具有采光、通風和圍護的作用，還在建筑藝術處理上起著很重要的作用。然而門窗又是最容易造成能量損失的部位。為了增大采光通風面積或表現現代建筑的性格特征，建筑物的門窗面積越來越大，更有全玻璃的幕墻建筑。這就對外維護結構的節能提出了更高的要求。目前，對門窗的節能處理主要是改善材料的保溫隔熱性能和提高門窗的密閉性能。從門窗材料來看，近些年出現了鋁合金斷熱型材、鋁木復合型材、鋼塑整體擠出型材、塑木復合型材以及UPVC塑料型材等一些技術含量較高的節能產品。其中使用較廣的是UPVC塑料型材，它所使用的原料是高分子材料--硬質聚氯乙烯。它不僅生產過程中能耗少、無污染，而且材料導熱系數小，多腔體結構密封性好，因而保溫隔熱性能好。UPVC塑料門窗在歐洲各國已經采用多年，在德國塑料門窗已經占了50%。我國20世紀90年代以后塑料門窗用量不斷增大，正逐漸取代鋼、鋁合金等能耗大的材料。為了解決大面積玻璃造成能量損失過大的問題，人們運用了高新技術，將普通玻璃加工成中空玻璃，鍍膜玻璃(包括反射玻璃、吸熱玻璃)高強度LOW2E防火玻璃(高強度低輻射鍍膜防火玻璃)、采用磁控真空濺射方法鍍制含金屬銀層的玻璃以及最特別的智能玻璃。智能玻璃能感知外界光的變化并做出反應，它有兩類，一類是光致變色玻璃，在光照射時，玻璃會感光變暗，光線不易透過;停止光照射時，玻璃復明，光線可以透過。在太陽光強烈時，可以阻隔太陽輻射熱;天陰時，玻璃變亮，太陽光又能進入室內。另一類是電致變色玻璃，在兩片玻璃上鍍有導電膜及變色物質，通過調節電壓，促使變色物質變色，調整射入的太陽光(但因其生產成本高，現在還不能實際使用)，這些玻璃都有很好的節能效果。

2.2.3屋頂節能技術

屋頂的保溫、隔熱是圍護結構節能的重點之一。在寒冷的地區屋頂設保溫層，以阻止室內熱量散失;在炎熱的地區屋頂設置隔熱降溫層以阻止太陽的輻射熱傳至室內;而在冬冷夏熱地區(黃河至長江流域)，建筑節能則要冬、夏兼顧。保溫常用的技術措施是在屋頂防水層下設置導熱系數小的輕質材料用作保溫，如膨脹珍珠巖、玻璃棉等(此為正鋪法);也可在屋面防水層以上設置聚苯乙烯泡沫(此為倒鋪法)。在英國有另外一種保溫層做法是，采用回收廢紙制成紙纖維，這種紙纖維生產能耗極小，保溫性能優良，紙纖維經過硼砂阻燃處理，也能防火。施工時，先將屋頂的釘層夾層，再將紙纖維噴吹入內，形成保溫層。屋頂隔熱降溫的方法有：架空通風、屋頂蓄水或定時噴水、屋頂綠化等。以上做法都能不同程度地滿足屋頂節能的要求，但目前最受推崇的是利用智能技術、生態技術來實現建筑節能的愿望，如太陽能集熱屋頂和可控制的通風屋頂等。

2.3降低建筑設施運行的能耗

采暖、制冷和照明是建筑能耗的主要部分，降低這部分能耗將對節能起著重要的作用，在這方面一些成功的技術措施很有借鑒價值，如英國建筑研究院(英文縮寫：BRE)的節能辦公樓便是一例。辦公樓在建筑圍護方面采用了先進的節能控制系統，建筑內部采用通透式夾層，以便于自然通風;通過建筑物背面的格子窗進風，建筑物正面頂部墻上的格子窗排風，形成貫穿建筑物的自然通風。辦公樓使用的是高效能冷熱鍋爐和常規鍋爐，兩種鍋爐由計算機系統控制交替使用。通過埋置于地板內的采暖和制冷管道系統調節室溫。該建筑還采用了地板下輸入冷水通過散熱器制冷的技術，通過在車庫下面的深井用水泵從地下抽取冷水進入散熱器，再由建筑物旁的另一回水井回灌。為了減少人工照明，辦公樓采用了全方位組合型采光、照明系統，由建筑管理系統控制;每一單元都有日光，使用者和管理者通過檢測器對系統遙控;在100座的演講大廳，設置有兩種形式的照明系統，允許有0%～100%的亮度，采用節能型管型熒光燈和白熾燈，使每個觀眾都能享有同樣良好的視覺效果和適宜的溫度。

2.4新能源的開發利用

在節約不可再生能源的同時，人類還在尋求開發利用新能源以適應人口增加和能源枯竭的現實，這是歷史賦予現代人的使命，而新能源有效地開發利用必定要以高科技為依托。如開發利用太陽能、風能、潮汐能、水力、地熱及其他可再生的自然界能源，必須借助于先進的技術手段，并且要不斷地完善和提高，以達到更有效地利用這些能源。如人們在建筑上不僅能利用太陽能采暖，太陽能熱水器還能將太陽能轉化為電能，并且將光電產品與建筑構件合為一體，如光電屋面板、光電外墻板、光電遮陽板、光電窗間墻、光電天窗以及光電玻璃幕墻等，使耗能變成產能。

3建筑節能新材料的開發

3.1外墻保溫及飾面系統(EIFS)

該系統是在上世紀70年代末的最后一次能源危機時期出現的，最先應用于商業建筑，隨后開始了在民用建筑中的應用。今天，EIFS系統在商業建筑外墻使用中占17.0%，在民用建筑外墻使用中占3.5%，并且在民用建筑中的使用正以每年17.0%～18.0%的速度增長。此系統是多層復合的外墻保溫系統，在民用建筑和商業建筑中都可以應用。ELFS系統包括以下幾部分：主體部分是由聚苯乙烯泡沫塑料制成的保溫板，一般是30～120mm厚，該部分以合成黏結劑或機械方式固定于建筑外墻;中間部分是持久的、防水的聚合物砂漿基層，此基層主要用于保溫板上，以玻璃纖維網來增強并傳達外力的作用;最外面部分是美觀持久的表面覆蓋層。為了防褪色、防裂，覆蓋層材料一般采用丙烯酸共聚物涂料技術，此種涂料有多種顏色和質地可以選用，具有很強的耐久性和耐腐蝕能力。

3.2建筑保溫絕熱板系統(SIPS)

此材料可用于民用建筑和商業建筑，是高性能的墻體、樓板和屋面材料。板材的中間是聚苯乙烯泡沫或聚亞氨脂泡沫夾心層，一般120～240mm厚，兩面根據需要可采用不同的平板面層，例如，在房屋建筑中兩面可以采用工程化的膠合板類木制產品。用此材料建成的建筑具有強度高、保溫效果好、造價低、施工簡單、節約能源、保護環境的特點。SIPS一般1.2m寬，最大可以做到8m長，尺寸成系列化，很多工廠還可以根據工程需要按照實際尺寸定制，成套供應，承建商只需在工地現場進行組裝即可，真正實現了住宅生產的產業化。

3.3隔熱水泥模板外墻系統(ICFS)

該產品是一種絕緣模板系統，主要由循環利用的聚苯乙烯泡沫塑料和水泥類的膠凝材料制成模板，用于現場澆筑混凝土墻或基礎。施工時在模板內部水平或垂直配筋，墻體建成后，該絕緣模板將作為永久墻體的一部分，形成在墻體外部和內部同時保溫絕熱的混凝土墻體。混凝土墻面外包的模板材料滿足了建筑外墻所需的保溫、隔聲、防火等要求。

4結論

目前，我國建筑用能浪費極其嚴重，而且建筑能耗增長的速度遠遠超過我國能源生產可能增長的速度，如果聽任這種高耗能建筑持續發展下去，國家的能源生產勢必難以長期支撐此種浪費型需求，從而不得不被迫組織大規模的舊房節能改造，這將要耗費更多的人力物力。在建筑中積極提高能源使用效率，就能夠大大緩解國家能源緊缺狀況，促進我國國民經濟建設的發展。

建筑節能是一項全方位的綜合性的系統工程，建筑節能技術涉及了建筑技術、材料技術、能源技術、智能技術、仿生技術、廢物再利用技術等，也涉及設計、施工、管理、政策法規等諸多部門，是一項全方位的、綜合性的系統工程。為了達到有效的建筑節能只靠建筑師是根本不夠的，還需要其他行業開發出技術含量高的節能產品，如節能型電梯、節能型空調、節能型燈具等，并開發出新的能源利用技術，使建筑逐漸實現低能耗、零能耗。